Kubernetes系列---Kubernetes 理论知识 | 初识 | 超详细

Kubernetes，简称 K8s，是一个开源的，用于管理云平台中多个主机上的容器化的应用
其技术难度与入门门槛较高，学习之前，建议掌握以下基础：

*熟悉 Linux 基础命令
*熟悉 Docker 基本管理
*了解 SSL 证书工作原理
*了解负载均衡工作原理（L4/L7）
*了解群集（分布式概念）
*了解域名解析原理（Pod）
*了解网络协议（网络组件）
*Kubernetes/K8s 理论详解

1.K8s 是什么？

Kubernetes 是 Google 在 2014 年开源的一个容器集群管理系统，使用 Go 开发，简称为 K8s，用于容器化应用程序的部署，扩展和管理

K8s 提供了容器编排（yml），资源调度，弹性伸缩，部署管理，服务发现等一系列功能，目标是让部署容器化应用简单高效

K8s 兼容多种容器类型，市场占用率最高，官网：https://kubernetes.io/

2.K8s 特性

自我修复： 在节点故障时替换和重新部署，保证预期的副本数量；杀死健康检查失败的容器（探针），并且在未准备好之前不会处理客户端请求，确保线上服务不中断

弹性伸缩： 使用命令（字符界面）或 UI（图形化界面），基于 CPU 使用情况自动快速扩容和缩容应用程序实例，保证应用业务高峰并发时的高可用性；业务低峰时回收资源，以最小成本运行服务

自动部署和回滚： K8s 采用滚动更新策略更新应用，一次更新一个 Pod，而不是同时删除所有 Pod，如果更新过程中出现问题，将回滚更改，确保升级不受影响业务

服务发现和负载均衡： K8s 为多个容器提供一个统访问入口（内部 IP 地址和一个 DNS 名称)，并且负载均衡关联的所有容器，使得用户无需考虑容器 IP 问题

机密和配置管理： 管理机密数据和应用程序配置，而不需要把敏感数据暴露在镜像里，提高敏感数据安全性；并可以将一些常用的配置存储在 K8s 中，方便应用程序使用（身份验证：命名空间，逻辑划分权限管理）

存储编排： 挂载外部存储系统，无论是来自本地存储，公有云（如 AWS），还是网络存储（如NFS、GlusterFS、Ceph）都作为集群资源的一部分使用， 极大提高存储使用灵活性

批处理： 提供一次性任务，周期性任务；满足批量数据处理和分析的场景

3.小拓展（业务升级）

灰度发布（金丝雀）：

指在黑与白之间，能够平滑过渡的一种发布方式，灰度发布可以有效保证整体系统的稳定，降低产品升级所影响的用户范围

例如，让一部分用户继续使用产品特性A，一部分用户开始用产品特性B，如果用户对B没有什么反对意见，那么逐渐扩大范围，把所有用户都迁移到B上面来

蓝绿发布：

例如，项目逻辑上分为A/B组，首先把A组从负载均衡中摘除，进行新版本部署，B组继续提供服务

当A组升级完毕，负载均衡重新接入A组，再将B组从负载列表中摘除进行新版本部署，A组重新提供服务

最终，B组完成升级，负载均衡重新接入B组，至此，A/B组皆升级完毕，对外提供服务，达到用户无感知、平滑过渡的效果

滚动发布：

指每次只升级一个或多个服务，升级完成后加入生产环境

不断执行这个过程，直到集群中的全部旧版本升级为新版本

4.K8s 集群架构与组件

①架构拓扑图：

②Master 组件

Kube-apiserver：

Kubernetes API，集群的统一入口， 各组件协调者

以 RESTful API提供接口服务（支持网站标准协议）

所有对象资源的增删改查和监听操作都交给 APIServer 处理后再提交给 Etcd 存储数据

Kube-controller-manager：

处理集群中常规后台任务

一个资源对应一个控制器，比如容器资源（pod）挂了，若控制器还存活，则会重新创建该资源，所以修复能力依赖于控制完成

controllerManager 负责管理这些控制器

kube-scheduler：

根据调度算法为新创建的 Pod 选择一个 Node 节点，可以任意部署可以部署在同
一个节点上，也可以部署在不同的节点上

所有资源的创建不一定都要经过调度器

etcd：

分布式键值存储系统

用于保存集群状态数据，比如 Pod、Service 等对象信息

③Node 组件

kubelet：

kubelet 是 Master 在 Node 节点上的 Agent（代理），管理本机运行容器的生命周期，比如创建容器、Pod 挂载数据卷、下载 secret、获取容器和节点状态等工作

kubelet 将每个 Pod 转换成一组容器

kube-proxy：

在 Node 节点上实现 Pod 网络代理

维护网络规则和四层负载均衡工作

docker 或 rocket（容器类型）：

容器引擎

运行容器

5.K8s 核心概念

Pod：

*K8s 中最小的部署单元，是一组容器的集合

*一个 Pod 中的容器共享网络命名空间，像一个小型局域网一样，所以其中容器之间可以彼此通讯

*Pod 是短暂的，因为其一旦故障，会重新创建新的

*K8s 管理的基本都是业务，而业务都是跑在 Pod 上

Controllers（控制器）：

ReplicaSet：创建资源，确保预期的 Pod 副本数量

Deployment：无状态应用部署

StatefulSet：有状态应用部署

DaemonSet：确保所有 Node 运行同一个 Pod，即管理进程资源

Job：一次性任务

Cronjob：周期性计划定时任务

Service：

 对外提供服务，防止 Pod 失联，定义一组 Pod 的访问策略，方便访问

Label：

标签，附加到某个资源上，用于关联对象、查询和筛选

Namespaces：

 命名空间，将对象逻辑上隔离，用于角色管理和控制

Annotations：

 注释，方便阅读

6.官方提供的三种部署方式

minikube：

可以在本地快速运行一个单节点的 K8s，用于测试或开发，使用率较少
部署地址：https://kubernetes.io/docs/tasks/tools/

kubeadm：

提供 kubeadm init（构建 master 端）和 kubeadm join（node 端，连接），用于快速部署 K8s 集群
部署地址：https://kubernetes.io/docs/reference/setup-tools/kubeadm/

二进制包：

推荐，从官方下载发行版的二进制包，手动部署每个组件，组成 K8s 集群
下载地址：https://github.com/kubernetes/kubernetes/releases

7.flannel 网络

K8s 与 docker 容器的生态系统阶层：

Overlay Network 虚拟化网络技术：

覆盖网络，在基础网络上叠加的一种虚拟网路技术模式，与硬件服务息息相关，首先得有物理网络设备，然后才能在上面做逻辑网络得划分，例如 VLAN

该网络中的主机通过虚拟链路连接起来，规划成为一个整体

VXLAN 技术：

将源数据包封装至 UDP 中，并使用基础网络得 IP/MAC 作为外层报文头进行封装，然后在以太网上传输，到达目的地后由隧道端点解封并将数据发送给目标地址

即在网络通讯中多封装一层 IP/MAC（虚拟）

Flannel 组件：

是 Overlay 虚拟化网络技术的一种，也就是将源数据包封装在另一种网络包里面进行路由转发和通信，目前已支持 UDP、VXLAN、AWS、VPC 和 GCE 路由等数据转发方式

其就像套娃一样

K8S 中不同节点之间通讯概述：

K8S 中不同节点之间通讯详解：

8. 单节点部署

单master集群架构图

前文环境中最后部署了flannel网络组件，并实现了容器间的通信，本次实验，首先需要部署Master组件，也是核心组件：
1.kube-apiserver
作用：集群的统一入口，各组件协调者，所有对象资源的增删改查和监听操作都交给 APIServer 处理后再提交给 Etcd 存储

2. kube-controller-manager
作用：处理群集中常规后台任务，一个资源对应一个控制器，而 controller-manager 负责管理这些控制器

3. kub-scheduler
作用：只要不是人为指定，则均由调度器根据调度算法为新创建的 Pod 选择一个 Node 节点，可以任意部署，可以部署在同一个节点上，也可以部署在不同节点上。

***配置思路：配置文件----》systemd管理组件—》启动

master节点apiserver 启动流程

kubelet ：基础的命令
1.我们在使用此命令的时，例如 kubelet get nodes 查看节点信息时首先会经过master 节点查看各个node点的业务信息，过程中需要bootstrap的授权（bootstrap.kubeconfig权限配置)

2. 当有了以上的权限配置且通过以上权限许可之后才会去找apiserver进行操作

3. apiserver 首先会验证node节点中的令牌（token）
如果验证成功，则令牌会释放出其中的证书，将证书再次进行身份验证（CA验证），身份验证就需要通过csr的签名，签名成功之后，再给与对应的证书颁发，颁发许可之后才会启动apiserver、授权给与请求命令相对于的服务。（最终授权给bootstrap）
如果在以上的验证中有一部失败，apiserver则不会进行启动

4. Api会最终授权给bootstrap，而命令请求过来之后，必须要有bootstarp的授权才能进行，否则无法输出结果
我们在本次实例中，就需要生成apiserver的token、证书和签名，最后要将证书制作出来

9.双maste集群

双master集群架构图

二进制集群

1.与单master的二进制集群相比，双master集群具备高可用的特性，当一个master宕机时，load Blance就会将VIP虚拟地址转移到另一只master上，保证了master的可靠性

2.双master的核心在于，需要指向一个核心地址，上一篇做单节点的时候，在证书生成等脚本中已定义了VIP地址（192.168.78.100），VIP开启apiserver，双master节点开启端口接收node节点的apiserver请求，其实如果有新的节点加入，不会直接找master节点，而且是直接找到vip进行apiserver请求，然后vip再进行调度，分发到某一个master中执行，此时master收到请求后会给新增的node节点颁发证书

3.shuangmaster集群还简历了nginx负载均衡，缓解了node对master请求的压力，减轻了master对资源的使用（负担）。